一种基于混凝土水化热的混凝土搅拌水份控制系统的制作方法

本发明涉及混凝土搅拌生产领域，尤其涉及一种用于混凝土搅拌机搅拌生产的水份控制系统。

背景技术：

水份控制对于建筑商品混凝土搅拌生产过程极为重要，w/c(水灰比，水/水泥)是混凝土原料配比的重要参数，决定了混凝土的强度指标，即决定了混凝土的质量合格与否。

混凝土的各种原料、集料的配比是根据生产工艺的需要计算的，按照计算值秤量妥当后，按粗骨料、细集料、水泥的顺序依次加入在运转中的搅拌机，最后加水；传统的混凝土搅拌控制系统包括上位计算机、与上位计算机通信连接的控制柜、搅拌机主电机、搅拌桶和进出料控制装置，所述上位计算机采用工业计算机，上位计算机用于向控制柜发送控制信号，所述控制柜内集成有plc和用于控制搅拌机主电机、加水装置和进出料控制装置的电气控制元件，控制柜用于通过plc和电气控制元件控制搅拌机主电机、加水装置和进出料控制装置动作；所述进出料控制装置包括成品卸料阀、成品输送带、集料斗阀、集料输送带和水泥输送带；由于搅拌机的实际搅拌周期只有5分钟左右，因此，准确检测混凝土搅拌生产过程中的水粉湿度变化、控制加水量和加水过程，是保证凝土质量的关键。

上述过程中，如果受到天气或者集料来源、存储以及人为控制加料量不准确等因素的干扰，将直接导致混凝土搅拌过程中的加水量不准确，进而导致此批量生产的混凝土的w/c和混凝土的塌落度(反映混凝土工作性的指标)指标发生变化，严重影响所生产混凝土的质量，甚至导致此批量的混凝土全部不合格。

技术实现要素：

本发明的目的在于提供一种基于混凝土水化热的混凝土搅拌水份控制系统，能够根据水化热值精确的控制混凝土搅拌过程中的加水量，保证混凝土的w/c指标符合生产需要，防止生产出的混凝土不合格。

为了实现上述目的，本发明采用以下技术方案：

一种基于混凝土水化热的混凝土搅拌水份控制系统，包括上位计算机、与上位计算机通信连接的控制柜、搅拌机主电机、搅拌桶、加水装置和进出料控制装置，所述上位计算机采用工业计算机，上位计算机用于向控制柜发送控制信号，所述控制柜内集成有plc和用于控制搅拌机主电机、加水装置和进出料控制装置的电气控制元件，控制柜用于通过plc和电气控制元件控制搅拌机主电机、加水装置和进出料控制装置动作；所述进出料控制装置包括成品卸料阀、成品输送带、集料斗阀、集料输送带和水泥输送带；还包括加水电磁阀、热电阻和温度变送器；所述加水电磁阀设置在加水装置的加水管道上，所述热电阻设置在混凝土搅拌桶的中部侧壁上，加水电磁阀的输入端通过电磁阀控制电路与plc的输出端连接，热电阻的输出端与温度变送器的输入端连接，温度变送器的输出端与plc的输入端连接。

还包括不锈钢外罩，热电阻设置在不锈钢外罩内，不锈钢外罩固定在搅拌桶的卸料阀板的内壁中，且热电阻与搅拌桶的卸料阀板的内壁平齐。

热电阻的输出端通过二线制热偶补偿导线与温度变送器的输入端连接，温度变送器的输出端通过屏蔽信号线与plc的输入端连接。

还包括显示单元，所述显示单元采用显示屏，plc的输出端通过显示屏驱动电路与显示屏的输入端连接。

本发明的有益效果：

本发明采用热电阻和plc相配合的方式，将现有的水化热规律函数写入plc，根据水泥的种类和所生产的混凝土的种类对水化反应产生的水化热值进行标定，水化热值由热电阻采集，并由温度变送器转换为温度信号后发送至plc，当plc判断搅拌桶内温度达到水化反应预定温度时，plc发出停水信号，并通过电磁阀控制电路控制加水电磁阀关闭，保证加水量准确，即w/c符合生产要求，防止生产出的混凝土不合格，进而保证了生产效率，也避免了原料浪费。

附图说明

为了更清楚地说明本发明具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施方式，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明的结构示意图；

图2为本发明的原理示意图；

图3为本发明所述水化热/时间关系曲线图；

图4为本发明所述热电阻和不锈钢外罩的结构示意图；

图5为本发明所述热电阻的安装示意图。

具体实施方式

下面将结合附图对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

如图1和图2所示：本发明所述的一种基于混凝土水化热的混凝土搅拌水份控制系统，包括上位计算机1、与上位计算机1通信连接的控制柜2、搅拌机主电机、搅拌桶3、加水装置和进出料控制装置，所述上位计算机1采用工业计算机，上位计算机1用于向控制柜2发送控制信号，所述控制柜2内集成有plc和用于控制搅拌机主电机、加水装置和进出料控制装置的电气控制元件，控制柜2用于通过plc和电气控制元件控制搅拌机主电机、加水装置和进出料控制装置动作；所述进出料控制装置包括成品卸料阀、成品输送带、集料斗阀、集料输送带和水泥输送带；其中，上位计算机1和控制柜2之间通过以太网进行通讯；控制柜2根据上位计算机1的控制信号控制搅拌机主电机、加水装置和进出料控制装置的电气控制元件动作属于现有成熟技术，这里不再赘述。

本发明所述的一种基于混凝土水化热的混凝土搅拌水份控制系统，还包括加水电磁阀、热电阻4和温度变送器5；所述加水电磁阀设置在加水装置的加水管道上，加水电磁阀的输入端通过电磁阀控制电路与plc的输出端连接，加水电磁阀在plc的控制下动作，进而控制加水速度的快慢或者是否加水。

如图4和图5所示：优选方案为：本发明所述的一种基于混凝土水化热的混凝土搅拌水分控制系统还包括不锈钢外罩6，热电阻4设置在不锈钢外罩6内，不锈钢外罩6固定在搅拌桶3的卸料阀板的内壁中，且热电阻4与搅拌桶3的卸料阀板的内壁平齐，以免热电阻4在搅拌过程中因受到混凝土的磨损及搅拌叶片的撞击而损坏；同时，当按生产常规定清洗搅拌桶3时，还能将热电阻4以及不锈钢外罩6一同清洗；此外，还方便了热电阻4的更换以及维修工作；其中，热电阻4的输出端与温度变送器5的输入端连接，温度变送器5的输出端与plc的输入端连接；其中，热电阻4用于采集加水后混凝土搅拌机内的水化热的温度信号，温度变送器5用于将热电阻4采集的温度信号经过隔离放大处理，并转换为与温度成线性关系的直流信号输出至控制柜2；温度变送器5还可以与单元组合仪表及dcs、plc等系统配套使用，给予现场仪表信号隔离、信号转换、信号分配、信号处理等，从而提高生产过程自动控制系统的抗干扰能力，保证系统的稳定性和可靠性；根据行业要求，热电阻4的输出端通过二线制热偶补偿导线与温度变送器5的输入端连接，温度变送器5的输出端通过屏蔽信号线与plc的输入端连接。

其中，为了方便工作人员观察、操作，所述控制柜2上还集成有显示单元，所述显示单元采用显示屏，plc的输出端通过显示屏驱动电路与显示屏的输入端连接；进一步的，根据现有的自动控制技术，控制柜2还可集成开关按钮、指示灯等，这里不再赘述。

使用本发明所述的一种基于混凝土水化热的混凝土搅拌水份控制系统时，首先将加水控制程序写入plc；加水控制程序利用现有的水化热规律函数设置，如下所述：

水泥是无机材料混合物，其中的无机硅酸盐和矿物的四种主要成份为：硅酸三钙、β-硅酸二钙、铝酸钙和铝铁酸钙，硅酸三钙和β-硅酸二钙的成份约占水泥总重的75％；当水泥遇水混合后，立即发生水化反应，同时产生热量；不同的水泥品种，每克水泥的单位水化热值不同；这是因为：(1)不同生产批次的混凝土标号不同，即混凝土的配料配比不同，配料中硅酸三钙和硅酸二钙的含量不同；(2)所采用的水泥品种、产地不同，相应的配料中的硅酸三钙和硅酸二钙的含量也有差别；

如图3所述水化热/时间关系曲线图，在水化反应的初期，水化热的释放在5分钟内迅速达到最大值，然后又迅速降到1k/克·小时以下；经过研究，研究人员给出了水化热规律函数(水化热规律函数为公知常识，这里不再赘述)：

t(t)＝w·q·(1-e^-mt)/(c·ρ)；

其中，t为绝对温度；w为每立方混凝土中的水泥重量，单位为kg/m³；q为每克水泥的水化反应的水化总热值，单位为j/kg；不同的水泥品种如：普通硅酸盐水泥、矿渣水泥、火山灰水泥、抗硫酸盐水泥等，q值在300000～600000j/kg之间波动，相应的q值有很大区别；e为自然对数的底，e＝2.718；m为经验系数，与水泥品种和环境温度有关，其中，m值在0.2～0.4之间；t为加水时间；c为混凝土比热，单位为j/(kg·c°)；ρ为混凝土容重，单位为kg/m³；

利用上述水化热规律函数，根据生产时所使用的混凝土种类即可确定w、q和c值，将上述逻辑关系写入plc(利用逻辑关系为plc编程属于现有成熟技术，这里不再赘述)；

在混凝土搅拌生产过程中，按混凝土生产工艺流程，启动搅拌设备，开始投料搅拌，并加水混合：搅拌过程中，安装在搅拌机搅拌桶3内壁的热电阻4，采集到混凝土水化反应时释放的水化热值信号，并由温度变送器5转换为搅拌桶3内温度信号且发送至plc；由水化热规律函数可知：当水泥的品种和用量确定之后，水化热产生的温度只与加水时间(即水化反应时间)有关，因此当plc判断搅拌桶3内温度接近水化反应预定温度(水化反应预定温度由所生产的混凝土种类决定，这是由混凝土生产标准决定的，这里不再赘述)时，plc发出预停水信号，并通过电磁阀控制电路控制加水电磁阀间歇性关闭，直至plc判断搅拌桶3内温度达到水化反应预定温度时，plc发出停水信号，并通过电磁阀控制电路控制加水电磁阀关闭，一个搅拌生产周期结束。

本发明采用热电阻4和plc相配合的方式，将现有的水化热规律函数写入plc，根据水泥的规格种类和所生产的混凝土的规格种类对水化反应产生的水化热值进行标定，水化热值由热电阻4采集，并由温度变送器5转换为温度信号后发送至plc，当plc判断搅拌桶3内温度达到水化反应预定温度时，plc发出停水信号，并通过电磁阀控制电路控制加水电磁阀关闭，保证加水量准确，即水灰比w/c符合生产要求，防止生产出的混凝土不合格，进而保证了生产效率，也避免了原料浪费。

最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围。